Сварка в среде со2 и инертных газах

Углекислый газ защищает металл шва от вредного воздействия азота воздуха. В области высоких температур он диссоциирует по реакции

2СО₂ ↔ СО + О₂ .

В районе столба дуги углекислый газ диссоциирует полностью. По отношению к металлу и цементиту она окислительная .

2Fe + O₂ ↔ 2FeO ;

[Fe₃C] + [FeO] ↔ 4Fe + CO .

Однако наличие СО тормозит эти процессы.

Окислительная атмосфера требует дополнительного введения раскислителей в состав электродной проволоки (проволока Св 08Г2С).

Наличие кислорода в высокотемпературной области тормозит диссоциацию паров воды. Вдали от дуги происходит обогащение атмосферы углекислым газом и водород, образовавшийся при диссоциации паров, будет связываться

Н₂ + СО₂ ↔ Н₂О

При сварке в среде СО₂ поглощается меньше водорода по сравнению с другими видами сварки.

Инертные газы аргон и гелий не образуют химических соединений с металлами и не растворяются в них. Поэтому вредные процессы наводораживания, азотирования и окисления связаны с несовершенством газовой защиты и наличием загрязнений на свариваемых кромках. Большое влияние оказывает чистота защитного газа. Для сварки активных металлов (Ti, Zr, Nb) употребляется аргон марки А(не более 0,02% примесей), для сплавов Al и Mg – марки Б (до 0,05% примесей) и для хромоникелевых сталей – марки В и Г(0,1-5% примесей). Рекомендуется пропускать газ через нагретую до 500 ^оС стружку титана. В этом случае возможны реакции

3Ti + 2H₂O ↔ TiO₂ + 2TH₂ ,

Ti + O₂ ↔ TiO₂ ,

2Ti + N₂ ↔ 2TiN₂ .

При аргоно-дуговой сварке низкоуглеродистых сталей возможно порообразование вследствие реакции

[Fe₃C] + [FeO] ↔ 4Fe + CO.

Для подавления этой реакции требуется дополнительное количество раскислителей (присадочная проволока Св 08Г2С). Эффективна добавка до 5% О₂, что вызывает дополнительное кипение и интенсивное удаление газов.

Металлургия сварки покрытыми электродами

Предложенная Н. Н. Бенардосом сварка металлическими электродами без покрытия, давала очень низкое качество сварных соединений. Плавление стали в дуговом разряде приводило к резкому выгоранию углерода, марганца и кремния и насыщению азотом и водородом.

Благодаря разработке покрытий, плавящихся вместе с электродным металлом, удалось резко повысить качество сварки. Это обеспечивало широкое применение ручной дуговой сварки. Основное ее преимущество – простота оборудования, маневренность и насыщенность сварки в труднодоступных местах.

Электродные покрытия состоят из следующих компонентов:

1. Ионизирующие – соединения щелочных металлов N₂CO₃, K₂CO₃ Пары этих соединений делают устойчивым дуговой разряд.

2. Шлакообразующие – образуют при сплавлении шлаки с различной основностью В. Полевой шпат К₂О, Al₂O₃, 6SiO₂, мрамор или мел СаСО₃, магнезит MgCO₃, глинозем Al₂O₃, флюорит CaF₂, рутил TiO₂, SiO₂ и изредка Fe₂O₃.

3. Газообразующие – при разложении выделяют большое количество газа – мрамор, мел и органические вещества: декстрим, крахмал, целлюлоза. Продукты разложения – СО, СО₂, Н₂, Н₂О.

4. Раскислители и легирующие компоненты – в виде ферросплавов. Ферросплавы лучше растворяются в стали и менее склонны к окислению. Только Ni в виде порошка, т.к. при сварке почти не окисляется.

5. Вяжущие – соединяют остальные компоненты в замес, который напрессовывается на электродный стержень в особых машинах. Пример – жидкое стекло или полимеры.

В зависимости от вида компонентов электроды разбираются на четыре группы:

1. Группа А – кислые покрытия, содержат оксиды железа, марганца, Ti и Si ( шлаковая основа ). Газовая защита – декстрин, крахмал. Раскислитель – Fe – Si. Пример – марка ЦМ-7.

Электроды группы А дают значительное количество газов, обеспечивая защиту от атмосферного воздуха. Содержание гемитита требует значительного количества Mn ( Fe₂O₃ – 33%, Fe-Mn-30% )

О

}

СНОВНЫЕ РЕАКЦИИ

(

ΔH < 0

Fe₂O₃ ) + 3Mn ↔ 3( MnO ) + 2Fe

( Fe₂O₃ ) +Mn ↔ ( MnO ) + 2[ FeO ]

[ Mn ] + [ FeO ] ↔ (MnO ) + Fe

( SiO₂ ) + 2Mn ↔ 2(MnO ) + [ Si ]

Восстановление железа из покрытия увеличивает коэффициент наплавки.

2. Группа Б – основные покрытия на основе СаСО₃ и СаF₂. Газовая зашита – диссоциация мрамора. В качестве раскислителей – Fe-Ti, Fe-Mn, Fe-Si. СаО уходит на образование шлака СаО – CaF₂. Атмосфера содержит СО, СО₂, Н₂, и Н₂О. Пары воды содержатся в покрытии и эти электроды требуют прокалки. При сварке высокопрочных сталей, когда требуется фиксированное содержание углерода ( 0,02 – 0,05% ), СаСО₃ уменьшаются до 20% и увеличивают СаF₂, что позволяет избежать поглощения углерода ванной. Недостаток – слабая устойчивость дуги, требуется постоянный ток обратной полярности. Марки УОНИ 13, МР.

4. Группа Р – рутиловые на основе рутила TiO₂ с добавками полевого шпата и магнезита. Газообразные органические материалы. Для повышения коэффициента наплавки вводится железный порошок. Электроды имеют хорошие технологические свойства.

5. Группа Ц – с органическим покрытием до 50% ( целлюлоза ). Характерна хорошая газовая защита. Для уменьшения влияния водорода вводятся CaF₂. Отличаются относительно малым весом покрытия.

Легирование металла шва при сварке покрытыми электродами осуществляются следующим способом:

1. Легирование путем введения в покрытие электрода порошков легирующих металлов или чаще феросплавов.

2. Легирование путем восстановления оксидов в составе покрытия. Легко осуществляется для никеля и меди и ограниченно для марганца, хрома, кремния.

3.Легирование через электродный стержень.

Степень легирования зависит от соотношения объемов основного и электродного металла, при этом следует учитывать потери на угар и разбрызгивание и окислительно-восстановительные реакции со шлаком в зоне сварке.